1、第7章 機電能量轉換原理,7.2 磁路及其分析方法,7.5 電能與機械能的轉換,7.6 工程應用,7.1 電與磁,7.3 交流鐵心線圈電路,7.4 變壓器,2. 了解變壓器的基本結構、工作原理、運行特性和繞組的同極性端，理解變壓器額定值的意義；,3. 掌握變壓器電壓、電流和阻抗變換作用；,4.了解三相電壓的變換方法；,本章要求：,第7章 磁路與鐵心線圈電路,5. 了解電磁鐵的基本工作原理及其應用知識。,1. 理解磁場的基本物理量的意義，了解磁性材料的基本知識及磁路的基本定律，會分析計算交流鐵心線圈電路；,7.1 電與磁,電磁學發(fā)展的過程：,電學的發(fā)展：庫侖定律,電磁感應現象的發(fā)現：法拉第電磁感

2、應定律,電產生磁的發(fā)現：安培定律,電磁關系的準確闡述：麥克斯韋方程,7.2 磁路及其分析方法,7.2.1 磁路,7.2.1 磁路：,在電機、變壓器及各種鐵磁元件中常用磁性材料做成一定形狀的鐵心。鐵心的磁導率比周圍空氣或其它物質的磁導率高的多，磁通的絕大部分經過鐵心形成閉合通路，磁通的閉合路徑稱為磁路。,直流電機的磁路,交流接觸器的磁路,1 磁感應強度B : 表示磁場內某點磁場強弱和方向的物理量。,磁感應強度B的大小:,磁感應強度B的方向: 與電流的方向之間符合右手螺旋定則。,磁感應強度B的單位: 特斯拉(T)，1T = 1Wb/m2,均勻磁場: 各點磁感應強度大小相等，方向相同的 磁場，也稱勻

3、強磁場。,7.2.2 磁場的基本物理量,2 磁場強度H,磁場強度H ：計算磁場時引出的物理量。,磁場強度H的單位 ：安培/米（A/m),磁場強度的計算：介質中某點的磁感應強度 B 與介質磁導率 之比。,3 磁通,磁通 ：穿過垂直于B方向的面積S中的磁力線總數。,說明: 如果不是均勻磁場，則取B的平均值。,在均勻磁場中 = B S 或 B= /S,磁通 的單位:韋伯(Wb) 1Wb =1Vs,磁通 的計算:,注：磁感應強度B在數值上可以看成為與磁場方向垂直的單位面積所通過的磁通,故又稱磁感應強度為磁通密度。,真空的磁導率為常數，用 0表示，有：,4 磁導率,磁導率 ：表示磁場媒質磁性的物理量，衡

4、量物質 的導磁能力。,相對磁導率 r： 任一種物質的磁導率 和真空的磁導率0的比值。,磁導率 的單位：亨/米（H/m）,非磁性物質,非磁性物質分子電流的磁場方向雜亂無章，幾乎不受外磁場的影響而互相抵消，不具有磁化特性。 非磁性材料的磁導率都是常數，有：,所以磁通 與產生此磁通的電流 I 成正比，呈線性關系。,當磁場媒質是非磁性材料時，有：,即 B與 H 成正比，呈線性關系。,由于, 0 r 1,B = 0 H,( ),( I ),7.2.3 磁性材料的磁性能,磁性物質,磁性物質內部形成許多小區(qū)域，其分子間存在的一種特殊的作用力使每一區(qū)域內的分子磁場排列整齊，顯示磁性，稱這些小區(qū)域為磁疇。,在外

5、磁場作用下，磁疇方向發(fā)生變化，使之與外磁場方向趨于一致，物質整體顯示出磁性來，稱為磁化。即磁性物質能被磁化。,磁 疇,外 磁 場,在沒有外磁場作用的普通磁性物質中，各個磁疇排列雜亂無章，磁場互相抵消，整體對外不顯磁性。,磁 疇,磁性材料在交變磁場中反復磁化，其B-H關系曲線是一條回形閉合曲線，稱為磁滯回線。,磁滯性：磁性材料中磁感應強度B的變化總是滯后于 外磁場變化的性質。,磁滯回線,Br,Hc,剩磁感應強度Br (剩磁) ： 當線圈中電流減小到零(H=0)時，鐵心中的磁感應強度。,矯頑磁力Hc： 使 B = 0 所需的 H 值。,磁性物質不同，其磁滯回線和磁化曲線也不同。,磁性材料主要指鐵、

6、鎳、鈷及其合金等。,磁性材料的磁性能,1 磁滯性,幾種常見磁性物質的磁化曲線,2 高導磁性,磁性材料的磁導率通常都很高，即 r 1 (如坡莫合金，其 r 可達 2105 ) 。 磁性材料能被強烈的磁化，具有很高的導磁性能。,磁性物質的高導磁性被廣泛地應用于電工設備中，如電機、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。,磁性物質的高導磁性被廣泛地應用于電工設備中，如電機、變壓器及各種鐵磁元件的線圈中都放有鐵心。在這種具有鐵心的線圈中通入不太大的勵磁電流，便可以產生較大的磁通和磁感應強度。,磁性物質由于磁化所產生的磁化磁場不會隨著外磁場的增強而無限的增強。,3 磁飽和性,BJ 磁場內磁性物質的磁化磁

7、場 的磁感應強度曲線；,B0 磁場內不存在磁性物質時的 磁感應強度直線；,B BJ曲線和B0直線的縱坐標相 加即磁場的 B-H 磁化曲線。,BJ,B,a,b,磁化曲線,磁性物質由于磁化所產生的磁化磁場不會隨著外磁場的增強而無限的增強。當外磁場增大到一定程度時，磁性物質的全部磁疇的磁場方向都轉向與外部磁場方向一致，磁化磁場的磁感應強度將趨向某一定值。如圖。,B-H 磁化曲線的特征： Oa段：B 與H幾乎成正比地增加； ab段： B 的增加緩慢下來； b點以后：B增加很少，達到飽和。,有磁性物質存在時，B 與 H不成 正比，磁性物質的磁導率不是常數，隨H而變。,有磁性物質存在時，與 I 不成 正比

8、。,磁性物質的磁化曲線在磁路計算上極為重要，其為非線性曲線，實際中通過實驗得出。,磁化曲線,B和與H的關系,按磁性物質的磁性能，磁性材料分為三種類型： (1)軟磁材料 具有較小的矯頑磁力，磁滯回線較窄。一般用來制造電機、電器及變壓器等的鐵心。常用的有鑄鐵、硅鋼、坡莫合金即鐵氧體等。 (2)永磁材料 具有較大的矯頑磁力，磁滯回線較寬。一般用來制造永久磁鐵。常用的有碳鋼及鐵鎳鋁鈷合金等。 (3)矩磁材料 具有較小的矯頑磁力和較大的剩磁，磁滯回線接近矩形，穩(wěn)定性良好。在計算機和控制系統(tǒng)中用作記憶元件、開關元件和邏輯元件。常用的有鎂錳鐵氧體等。,7.2.4 磁路計算的基本原理與方法,1 磁通連續(xù)性原理

9、與磁路基爾霍夫第一定律,各磁支路的磁通分別為1、2和3，方向如圖，取封閉面S 如圖中虛線球面，,由磁通連續(xù)性原理：Bds=0 得： 1+2-3=0 即：穿入（穿出記為負）任一封閉面的總磁通量等于0，可以記為： =0 （7.2.3） 稱為磁路基爾霍夫第一定律。,顯然，磁路基爾霍夫第一定律也可敘述為：穿入任一封閉面的磁通等于穿出封閉面的磁通，即：1+2=3,任意選定一個閉合回線的圍繞方向，凡是電流方向與閉合回線圍繞方向之間符合右螺旋定則的電流作為正、反之為負。,式中： 是磁場強度矢量沿任意閉合 線(常取磁通作為閉合回線)的線積分；,I 是穿過閉合回線所圍面積的電流的代數和。,安培環(huán)路定律電流正負的

10、規(guī)定：,安培環(huán)路定律（全電流定律）,2 全電流定律與磁路基爾霍夫第二定律,安培環(huán)路定律將電流與磁場強度聯系起來。,在均勻磁場中 Hl = IN,磁路基爾霍夫第二定律： 在磁路中沿任何閉合磁路徑上，磁動勢的代 數和等于磁壓降的代數和， F=HL,線圈匝數與電流的乘積NI ，稱為磁動勢，用字母 F 表示，則有 F = NI 磁通由磁動勢產生，磁動勢的單位是安培。,例: 環(huán)形線圈如圖，其中媒質是均勻的， 試計算 線 圈內部各點的磁場強度。,解: 取磁通作為閉合回線，以 其 方向作為回線的圍繞方向，則有：,式中：N 線圈匝數； lx=2x是半徑為x的圓周長； Hx 半徑x處的磁場強度； NI 為線圈匝

11、數與電流的乘積。,故得：,例：環(huán)形線圈如圖，其中媒質是均勻的，磁導率為，試計算線圈內部各點的磁感應強度。,解：半徑為x處各點的磁場強度為,故相應點磁感應強度為,由上例可見,磁場內某點的磁場強度 H 只與電流大小、線圈匝數、以及該點的幾何位置有關，與磁場媒質的磁性() 無關；而磁感應強度 B 與磁場媒質的磁性有關。,3磁路的歐姆定律,磁路的歐姆定律是分析磁路的基本定律,環(huán)形線圈如圖，其中媒質是均 勻的，磁導率 為， 試計算線圈內部 的磁通 。,解：根據安培環(huán)路定律，有,設磁路的平均長度為 l，則有,1） 引例,式中：F=NI 為磁通勢，由其產生磁通； Rm 稱為磁阻，表示磁路對磁通的阻礙作用；

12、l 為磁路的平均長度； S 為磁路的截面積。,2） 磁路的歐姆定律,若某磁路的磁通為，磁通勢為F ，磁阻為Rm，則,即有：,此即磁路的歐姆定律。,4電磁感應定律,電磁感應定律在磁路計算中可決定電動勢與磁通量或磁通密度的關系，或計算磁路的磁導與電路的電抗的關系。,（1）線圈感應電動勢,設交變磁通量與線圈N 匝完全交鏈，磁鏈數為 =N 當磁通量的正方向與感應電動勢正方向符合右螺旋定則時，電磁感應定律為： e =-d/dt=-Nd/dt 即線圈感應電動勢與線圈匝數和磁通變化率成正比，負號是楞次定律的反映。,楞認定律表明：感應電動勢的實際方向是：它總是企圖產生感應電流，使感應電流產生的磁通量總是企圖阻

13、礙引起感應電動勢的磁通量的改變。,電機中常見的磁通量隨時間按正弦規(guī)律變化，設,=msint,式中=2f 磁通變化的角頗率，單位為rad/s,式中Em=Nm感應電動勢的最大值,即磁通隨時間正弦變化時，線圈的感應電動勢也隨時間正弦變化，但相位上滯后磁通90度。,e =-Nd/dt=-Nmcost=Emsin (t-900),（2）運動電勢,當導體在磁場中運動而切割磁力線時，導體將感應電動勢，稱為運動電勢(或者切割電動勢)。,若磁力線、導體和運動方向三者互相垂直，則導體的感應電動勢為,式中B磁感應強度，單位為T , l 長直導體的長度，單位為m , v 直導體切割磁力線的線速度，單位為m /s,沿直

14、導體l上感應電動勢e的方向由右手定則決定。應當指出，上式中的v，既可以是直導體切割磁力線，也可以是磁力線切割直導線的相對線速度。,E=Blv,5電磁力定律,載流導體在磁場中受到電磁力的作用，當磁場與導體互相垂直時，作用在導體上的電磁力為：,F=BlI,式中B 磁感應強度，單位為T , l 長直導體的長度，單位為m , I 導線中的電流，單位為A， F作用在導體上與磁場垂直方向的電磁力，單位為N,力的方向與磁場和導體相垂直，按左手定則決定。上式稱安培力公式或電磁力公式。,磁路與電路的比較,6 磁路計算方法,磁路分析的特點,(2)在處理電路時不涉及電場問題，在處理磁路時離不開磁場的概念；,(4)在

15、處理電路時一般可以不考慮漏電流，在處理磁路時一般都要考慮漏磁通；,(3)磁路歐姆定律和電路歐姆定律只是在形式上相似。由于 不是常數，其隨勵磁電流而變，磁路歐姆定律不能直接用來計算，只能用于定性分析；,(1)在電路中，電動勢的方向與電流方向一致（或者相反），但在磁路中，產生磁動勢的電流與磁動勢的正方向之間符合右手螺旋法則。,磁路分析的特點,(5)在電路中，當 E=0時，I=0；但在磁路中，由于有剩磁，當 F=0 時， 不為零；,(6)在線性電路中，計算時可以用疊加原理，但在磁路計算中，只有不考慮飽和效應時才能用疊加原理，而隨著磁密的增高，具有鐵心的磁路必然越來越趨近于飽和。,(7)電路中電流要引

16、起 的功率損耗，而磁路中只有當磁通交變時才引起鐵耗。,磁路的分析計算,主要任務: 預先選定磁性材料中的磁通 (或磁感應強度)，按照所定的磁通、磁路各段的尺寸和材料,求產生預定的磁通所需要的磁通勢F=NI ， 確定線圈匝數和勵磁電流。,基本公式:,設磁路由不同材料或不同長度和截面積的 n 段組成，則基本公式為：,即,基本步驟: （由磁通 求磁勢F=NI ）,(2) 求各段磁感應強度 Bi 各段磁路截面積不同，通過同一磁通 ，故有：,(3) 求各段磁場強度 Hi 根據各段磁路材料的磁化曲線 Bi=f ( Hi) ,求B相對應的H,(4) 由各段磁場強度和磁路平均長度計算各段磁路的磁壓降(Hi li

17、 ),(5) 根據下式求出磁通勢（ NI ）,( 1 ）將磁路進行分段，每一段磁路應是均勻的（即材料相同，截面相同），算出各段的截面積A ，磁路的平均長度L,例1:一個具有閉合的均勻的鐵心線圈，其匝數為300， 鐵心中的磁感應強度為 0.9T，磁路的平均長度為 45cm，試求： (1)鐵心材料為鑄鐵時線圈中的電 流; (2)鐵心材料為硅鋼片時線圈中的電流。,解：,（1）查鑄鐵材料的磁化曲線， 當 B=0.9 T 時，,(2)查硅鋼片材料的磁化曲線， 當 B=0.9 T 時，,磁場強度 H=9000 A/m，則,磁場強度 H=260 A/m，則,結論：如果要得到相等的磁感應強度，采用磁導率高的鐵

18、心材料，可以降低線圈電流，減少用銅量。,如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，則鐵心中的磁場強度是相等的，都是260 A/m。,查磁化曲線可得，,在例1(1)，(2)兩種情況下，如線圈中通有同樣大小的電流0.39A，要得到相同的磁通 ，鑄鐵材料鐵心的截面積和硅鋼片材料鐵心的截面積，哪一個比較小？,【分析】,B硅鋼 是B鑄鐵的17倍。 因 =BS，如要得到相同的磁通 ，則鑄鐵鐵心的截面積必須是硅鋼片鐵心的截面積的17倍。,B鑄鐵 = 0.05T、 B硅鋼 =0.9T,結論：如果線圈中通有同樣大小的勵磁電流，要得到相等的磁通，采用磁導率高的鐵心材料，可使鐵心的用鐵量大為降低。,查鑄鋼的磁化曲線，

19、B=0.9 T 時，磁場強度 H1=500 A/m,例2: 有一環(huán)形鐵心線圈，其內徑為10cm，外徑為 5cm，鐵心材料為鑄鋼。磁路中含有一空氣隙， 其長度等于 0.2cm。 設線圈中通有 1A 的電流， 如要得到 0.9T 的磁感應強度，試求線圈匝數。,解:,空氣隙的磁場強度,鑄鋼鐵心的磁場強度，,鐵心的平均長度,磁路的平均總長度為,對各段有,總磁通勢為,線圈匝數為,磁路中含有空氣隙時，由于其磁阻較大，磁通勢幾乎都降在空氣隙上面。,結論：當磁路中含有空氣隙時，由于其磁阻較大，要得到相等的磁感應強度，必須增大勵磁電流（設線圈匝數一定）。,7.3 交流鐵心線圈電路,7.3 .1 電磁關系,（磁通

20、勢）,主磁通 ：通過鐵心閉合的磁通。,漏磁通：經過空氣或其它非導磁媒質閉合的磁通。,線圈,鐵心, i，,鐵心線圈的漏磁電感, 與i不是線性關系。,7.4 .2 電壓電流關系,根據KVL:,式中：R是線圈導線的電阻,L 是漏磁電感,當 u 是正弦電壓時，其它各電壓、電流、電動勢可視作正弦量，則電壓、電流關系的相量式為：,設主磁通 則,有效值,由于線圈電阻 R 和感抗X（或漏磁通）較小，其電壓降也較小，與主磁電動勢 E 相比可忽略，故有,式中：Bm是鐵心中磁感應強度的最大值，單位T； S 是鐵心截面積，單位m2。,7.4 .3 功率損耗,交流鐵心線圈的功率損耗主要有銅損和鐵損兩種。,1. 銅損（P

21、cu）,在交流鐵心線圈中, 線圈電阻R 上的功率損耗稱銅損，用Pcu 表示。,Pcu = RI2,式中：R是線圈的電阻；I 是線圈中電流的有效值。,2. 鐵損（PFe）,在交流鐵心線圈中，處于交變磁通下的鐵心內的功率損耗稱鐵損，用PFe 表示。,鐵損由磁滯和渦流產生。,（1）磁滯損耗（Ph）,由磁滯所產生的能量損耗稱為磁滯損耗（Ph）。,磁滯損耗的大小： 單位體積內的磁滯損耗正比與磁滯回線的面積和磁場交變的頻率 f。,磁滯損耗轉化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少磁滯損耗的措施： 選用磁滯回線狹小的磁性材料制作鐵心。變壓器和電機中使用的硅鋼等材料的磁滯損耗較低。,設計時應適當選擇值以減小鐵心飽和程度

22、。,(2)渦流損耗（Pe）,渦流損耗: 由渦流所產生的功率損耗。,渦流：交變磁通在鐵心內產生感應電動勢和電流，稱為渦流。渦流在垂直于磁通的平面內環(huán)流。,渦流損耗轉化為熱能，引起鐵心發(fā)熱。,減少渦流損耗措施：,提高鐵心的電阻率。鐵心用彼此絕緣的鋼片疊成，把渦流限制在較小的截面內。,鐵心線圈交流電路的有功功率為：,7.4 變壓器,變壓器是一種常見的電氣設備，在電力系統(tǒng)和電子線路中應用廣泛。,變壓器的主要功能有：,在能量傳輸過程中，當輸送功率P =UI cos 及負載功率因數cos 一定時：,電能損耗小,節(jié)省金屬材料（經濟）,U I,P = I Rl,I S,概述,電力工業(yè)中常采用高壓輸電低壓配電，

23、實現節(jié)能并保證用電安全。具體如下：,1.變壓器的分類：可按其用途、結構、相數、等來分類,7.4.1 變壓器的類型和主要結構,變壓器的磁路,變壓器的電路,2.變壓器的主要結構,2 變壓器的基本工作原理,一次、二次繞組互不相連，能量的傳遞靠磁耦合。,1. 空載運行情況,一次側接交流電源，二次側開路。,空載時，鐵心中主磁通是由一次繞組磁通勢產生的。,7.4.3 變壓器的運行分析,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設為 則,(1) 一次、二次側主磁通感應電動勢,根據KVL：,變壓器一次側等效電路如圖,由于電阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動勢 E1比較可忽

24、略不計，則,(2) 一次、二次側電壓,式中 R1 為一次側繞組的電阻; X1=L1 為一次側繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產生)。,對二次側，根據KVL：,結論：改變匝數比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時:,i2,-,+,e2,式中V20為變壓器空載電壓。,故有,2 負載運行情況,一次側接交流電源，二次側接負載。,有載時，鐵心中主磁通是由一次、二次繞組磁通勢共同產生的合成磁通。,有效值:,同 理：,主磁通按正弦規(guī)律變化，設為 則,(1) 一次、二次側主磁通感應電動勢,根據KVL：,變壓器一次側等效電路如圖,由

25、于電阻 R1 和感抗 X1 (或漏磁通)較小,其兩端的電壓也較小,與主磁電動勢 E1比較可忽略不計，則,(2) 一次、二次側電壓,式中 R1 為一次側繞組的電阻; X1=L1 為一次側繞組的感抗(漏磁感抗，由漏磁產生)。,對二次側，根據KVL：,結論：改變匝數比，就能改變輸出電壓。,式中 R2 為二次繞組的電阻; X2=L2 為二次繞組的感抗； 為二次繞組的端電壓。,變壓器空載時:,式中V20為變壓器空載電壓。,故有,電流變換,(一次、二次側電流關系),有載運行,可見，鐵心中主磁通的最大值m在變壓器空載和有載時近似保持不變。即有,不論變壓器空載還是有載，一次繞組上的阻抗壓降均可忽略，故有,由上

26、式，若V1、 f 不變，則 m 基本不變，近于常數。,空載：,有載：,或,結論：一次、二次側電流與匝數成反比。,或：,1.提供產生m的磁勢,磁勢平衡式：,空載磁勢,有載磁勢,阻抗變換,由圖可知：,結論： 變壓器一次側的等效阻抗模，為二次側所帶負載的阻抗模的K 2 倍。,(1) 變壓器的匝數比應為：,解:,例1: 如圖，交流信號源的電動勢 E= 120V，內阻 R 0=800，負載為揚聲器，其等效電阻為RL=8。要求: （1）當RL折算到原邊的等效電阻 時，求變壓器的匝數比和信號源輸出的功率；（2）當將負載直接與信號源聯接時,信號源輸出多大功率？,信號源的輸出功率：,電子線路中，常利用阻抗匹配實

27、現最大輸出功率。,結論：接入變壓器以后，輸出功率大大提高。,原因：滿足了最大功率輸出的條件：,（2）將負載直接接到信號源上時，輸出功率為：,變壓器的型號,3 變壓器的運行特性, 額定容量 SN 傳送功率的最大能力。,容量 SN 輸出功率 P2,一次側輸入功率 P1 輸出功率 P2,注意：變壓器幾個功率的關系（單相）,效率,變壓器運行時的功率取決于負載的性質,（1）變壓器的額定值, 額定電壓 V1N、V2N 變壓器二次側開路（空載）時，一次、二次側繞組允許的電壓值, 額定電流 I1N、I2N 變壓器滿載運行時，一次、二次側繞組允許的電流值。, 額定頻率 我國為50赫茲,(2) 變壓器的運行特性,

28、1） 變壓器的外特性,當一次側電壓 V1和負載功率因數 cos2保持不變時，二次側輸出電壓 V2和輸出電流 I2的關系，V2 = f (I2)。,2） 變壓器的效率特性(),變壓器的效率特性是指次側外施電壓和二次側負載功率因數不變時，變壓器的效率隨負載電流變化的規(guī)律，即：,(1) 變壓器的電壓變化率,1） 變壓器的外特性,V20：一次側加額定電壓、二次側開路時，二次側的輸出電壓。,一般供電系統(tǒng)希望要硬特性（隨I2的變化，V2 變化不大），電壓變化率約在5%左右。,電壓變化率：,（2） 變壓器的損耗與效率,為減少渦流損耗，鐵心一般由導磁鋼片疊成。,變壓器的損耗包括兩部分：,銅損 (PCu) ：繞

29、組導線電阻的損耗。,渦流損耗：交變磁通在鐵心中產生的感 應電流(渦流)造成的損耗。,鐵損(PFe )：,變壓器的效率為,一般 95% ,負載為額定負載的(5075)%時，最大。,輸出功率,輸入功率,例: 有一帶電阻負載的三相變壓器，其額定數據如下：SN=100kVA, V1N=6000V, f=50Hz。 V2N= V20=400V , 繞組連接成。由試驗測得: PFe =600 W，額定負載時的 PCu =2400W 。 試求 (1) 變壓器的額定電流； (2) 滿載和半載時的效率。,解:,(1) 定電流,() 滿載和半載時的效率,4 三相變壓器,（1) 三相變壓器的結構,高壓繞組： A-X

30、 B-Y C-Z,X、Y 、Z ：尾端,A、B、C ：首端,低壓繞組： a-x b-y c-z,a、b、c：首端,x、y、z：尾端,（2) 三相變壓器的聯結方式,聯結方式：,高壓繞組接法,低壓繞組接法,三相配電變壓器,動力供電系統(tǒng)（井下照明）,高壓、超高壓供電系統(tǒng),常用接法:,（1）三相變壓器Y/Y0聯結,線電壓之比：,（2）三相變壓器Y0/聯結,線電壓之比：,7.4.4 特殊變壓器,1.三繞組變壓器,三繞組變壓器有一個一次繞組和兩個二次繞組，對應于三個繞組，有高壓、中壓和低壓三種額定電壓。如果高壓是一次繞組，低壓和中壓是二次繞組，則稱為降壓變壓器。如果低壓是一次繞組，中壓和高壓是二次繞組，稱

31、為升壓變壓器。我國主要生產 Y0 / Y0/1211聯結組的三相三繞組電力變壓器。,三繞組變壓器的一次繞組和兩個二次繞組的電壓比仍然為：,使用時，改變滑動端的位置，便可得到不同的輸出電壓。實驗室中用的調壓器就是根據此原理制作的。注意：一次、二次側千萬不能對調使用，以防變壓器損壞。因為N變小時，磁通增大，電流會迅速增加。,2.自耦變壓器,二次側不能短路， 以防產生過流； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時，在二次側出現高壓。,使用注意事項：,被測電壓=電壓表讀數 N1/N2,3儀用互感器 （1）電壓互感器,實現用低量程的電壓表測量高電壓,被測電流=電流表讀數 N2/N1,二次側

32、不能開路， 以防產生高電壓； 2. 鐵心、低壓繞組的 一端接地，以防在 絕緣損壞時，在二次側出現過壓。,使用注意事項：,（2）電流互感器,實現用低量程的電流表測量大電流,當電流流入(或流出）兩個線圈時，若產生的磁通方向相同，則兩個流入(或流出）端稱為同極性端。,(1) 同極性端 ( 同名端 ),或者說，當鐵心中磁通變化時，在兩線圈中產生的感應電動勢極性相同的兩端為同極性端。,同極性端用“”表示。,增加,+,+,+,+,同極性端和繞組的繞向有關。,4 變壓器繞組的極性,聯接 23,變壓器原一次側有兩個額定電壓為 110V 的繞組：,(2) 線圈的接法,聯接 13， 2 4,當電源電壓為220V時

33、：,電源電壓為110V時：,問題1：在110V 情況下，如果只用一個繞組 （N），行不行？,答：不行（兩繞組必須并接）,一次側有兩個相同繞組的電源變壓器(220/110)，使用中應注意的問題：,問題2：如果兩繞組的極性端接錯，結果如何？,結論：在同極性端不明確時，一定要先測定同極性端 再通電。,答：有可能燒毀變壓器,+,方法一：交流法,把兩個線圈的任意兩端 (X - x)連接, 然后在 AX 上加一低電壓 vAX 。,測量：,若 說明 A 與 x 或 X 與 a 是同極性端.,(3) 同極性端的測定方法,方法二：直流法,如果當 S 閉合時，電流表正偏，則 A-a 為同極性端;,結論：,如果當

34、S 閉合時，電流表反偏，則 A-x 為同極性端。,7.5 電能與機械能的轉換,7.5.1 能量守恒原理,能量守恒原理:在質量不變的物理系統(tǒng)內，能量總是守恒的，即能量既不能憑空產生，也不會憑空消失，只能改變其存在的形態(tài)。,發(fā)電機： 從原動機輸入機械能= 磁場儲能的增加+轉換成熱能的能量損耗+輸送出電能到負載 電動機： 從電源輸入電能= 磁場儲能的增加+轉換成熱能的能量損耗+輸送出機械能到負載,耦合磁場：用來耦合電系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的氣隙磁場 計入損耗后，發(fā)動機的能量平衡方程可以寫成： 輸入的機械能減去機械損耗= 磁場儲能的增加加上鐵心損耗+輸出的電能加上電阻I2R損耗,磁場吸收的總能量（包括磁場儲能

35、的增量和鐵心損耗）的微分,變換為電形式的總能量（包括I2R損耗在內）的微分,輸入電機中凈機械能（已扣除機械損耗）的微分,7.5.2 耦合磁場是機電能量轉換的樞紐,耦合磁場對電系統(tǒng)的反作用（電動機）或作用（發(fā)電機）表現在線圈感應電動勢上，只有當線圈內產生有感應電動勢時，電機才能從電系統(tǒng)吸收（電動機）或發(fā)出（發(fā)電機）電能。 即：產生感應電動勢是耦合磁場從電源輸入電能（電動機）或從原動機輸入機械能（發(fā)電機）的必要條件。,電磁功率表達式：,當多個繞組接到電系統(tǒng)時，電能的變化關系可以寫成：,耦合磁場對機械系統(tǒng)的作用（電動機）或反作用（發(fā)電機）就表現在電磁轉矩上，若磁場儲能隨著轉子轉角的變化而變化時，轉子

36、上就受到電磁轉矩的作用，只有當電機內部產生有電磁轉矩時，電機才能向機械系統(tǒng)送出（電動機）或吸收（發(fā)電機）機械能。在恒速運行情況下，轉子的動能沒有變化，機械能變化的表達式為：,對于直流電機和三相相對穩(wěn)定運行的交流電機，除了過渡過程外，氣隙磁場的總儲能在穩(wěn)態(tài)運行中是不變的，即： （不計鐵心損耗），于是， 或：,作為耦合場的恒定氣隙磁場，一方面從電系統(tǒng)中吸收電能，另一方面又把等量的磁場儲能轉換為機械能，或者相反，一方面從機械系統(tǒng)中吸收機械能，另一方面又把等量的磁場儲能轉換為電能。完成上述等量轉換過程是通過電磁功率和電磁轉矩來實現的。而電磁功率和電磁轉矩都需要通過起耦合機、電兩個系統(tǒng)的氣隙磁場的作用才

37、能產生。因此，耦合磁場在機電能量轉換過程中起著極其重要的樞紐作用。,7.6 工程應用：利用電磁鐵制動起重機,1. 概述,電磁鐵是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機械零件、工件于固定位置的一種電器。當電源斷開時電磁鐵的磁性消失，銜鐵或其它零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動作可使其它機械裝置發(fā)生聯動。,根據使用電源類型分為：,直流電磁鐵：用直流電源勵磁；,交流電磁鐵：用交流電源勵磁。,2. 基本結構,電磁鐵由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成，常見的結構如圖所示。,鐵心,銜鐵,銜鐵,有時是機械零件 、工件充當銜鐵,線圈,線圈,銜鐵,鐵心,線圈,鐵心,3. 電磁鐵吸力的計算,電磁鐵吸力的大小與氣隙的截面積S0及氣隙中的磁感應強度B0的平方成正比?；竟饺缦拢?式中： B0 的單位是特斯拉； S0 的單位是平方米； F 的單位是牛頓（N）。,直流電磁鐵的吸力,直流電磁鐵的吸力依據上述基本公式直接求取。,交流電磁鐵的吸力,交流電磁鐵中磁場是交變的，設,則吸力瞬時值為:,式中：,為吸力的最大值。,吸力的波形:,吸力平均值為:,O,(1) 交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動。銜鐵以兩倍電源頻率在顫動，引起噪音，同時觸點容易損壞。為了消除這種現象，在磁極的部分端面上套一個分磁環(huán)（或稱短路環(huán)），工作時，在分磁